BÁO CÁO MÔN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG Đề tài: Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HẠT NHÂN & VẬT LÝ MÔI TRƯỜNG



BÁO CÁO
MÔN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

Đề tài: Thiết bị đo Radiation Monitor máy
Medcom Radalert 100X
GVHD: Nguyễn Hoàng Nam
Sinh viên thực hiện :
Nguyễn Hữu Đạt
Nguyễn Xuân Hào
Phạm Văn Phong
Trần Nhật Vũ

Hà Nội, tháng 10 năm 2015


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

LỜI NÓI ĐẦU
Ghi đo bức xạ là một trong những yếu tố quan trọng nhất của vật lý
hạt nhân thực nghiệm. Từ các lĩnh vực cơ bản như nghiên cứu số liệu và
cấu trúc hạt nhân đến các nghiên cứu ứng dụng trong công nghiệp, nông
nghiệp, sinh học, địa chất, y tế, môi trường,… mỗi ngành lại liên quan đến
những loại bức xạ khác nhau, nên việc ghi đo để biết nhiều thông tin hơn
về những loại bức xạ đó là vô cùng cần thiết cho những người làm việc có
liên quan đến ngành vật lý hạt nhân.
Trong quá trình học môn Kỹ Thuật Đo Lường, chúng em có tìm hiểu

về đề tài “ Máy ghi đo phóng xạ Radalert 100X ” và nhận được sự hướng
dẫn nhiệt tình của GV Nguyễn Hoàng Nam,đã giúp chúng em hoàn thành
bản báo cáo.
Sau đây là nội dung chính của bản báo cáo:
• Tổng quan về phóng xạ
• Máy đo Radalert 100X
• Ống Geiger – Muller
• Đếm Xung
Dù đã cố gắng tìm hiểu, nhưng do kiến thức chuyên ngành còn thiếu
sốt và kinh nghiệm thực tế chưa có, nên trong quá trình thực hiện còn nhiều
thiếu sót. Rất mong nhận được sự nhận xét của thầy, để bản báo cáo được
hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy!

Nhóm 6

2


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................2
MỤC LỤC.....................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH VẼ................................................................................4
DANH MỤC BẢNG BIỂU...........................................................................4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ VÀ GHI ĐO PHÓNG XẠ. .5
CHƯƠNG 2. ỐNG GEIGER – MULLER..................................................13
CHƯƠNG 3. MÁY GHI ĐO PHÓNG XẠ RADALERT 100X.................24

KẾT LUẬN.................................................................................................30
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................31

Nhóm 6

3


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1.Sự phát xạ của chất phóng xạ trong môi trường có từ trường
.................................................................. Error: Reference source not found
Hình 1. 2.Khả năng đâm xuyên của các bức xạ trong môi trường
sống[3]......................................................Error: Reference source not found
Hình 1. 3.Sơ đồ khối mô tả thiết bị ghi đo phóng xạ sử dụng detector
Khí ( Ống Geiger – Muller )[1]................Error: Reference source not found
Hình 1. 4.Sơ đồ khối mô tả thiết bị ghi đo phóng xạ sử dụng detector
nhấp nháy[1]
Error: Reference source not found

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Nhóm 6

4


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ VÀ
GHI ĐO PHÓNG XẠ

Nhóm 6

5


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

1.1. Phóng xạ, tia phóng xạ
1.1.1 Khái niệm
Phóng xạ là hiện tượng một số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến
đổi và phát ra các bức xạ hạt nhân (thường được gọi là các tia phóng xạ).
Các nguyên tử có tính phóng xạ gọi là các đồng vị phóng xạ, còn các
nguyên tử không phóng xạ gọi là các đồng vị bền. Các nguyên tố hóa học
chỉ gồm các đồng vị phóng xạ (không có đồng vị bền) gọi là nguyên tố
phóng xạ.các tia phóng xạ có từ tự nhiên có thể bị chặn bởi các tầng khí
quyển của Trái Đất
Tia phóng xạ có thể là chùm các hạt :
• Mang điện dương như hạt anpha, hạt proton; mang điện âm như
chùm electron (phóng xạ beta);
• Không mang điện như hạt nơtron, tia gamma (có bản chất giống như
ánh sáng nhưng năng lượng lớn hơn nhiều).
Sự tự biến đổi như vậy của hạt nhân nguyên tử, thường được gọi là sự
phân rã phóng xạ hay phân rã hạt nhân.
1.1.2 Nguồn gốc và phân loại
Các nguồn bức xạ bao gồm các nguồn phóng xạ và các thiết bị bức xạ
• Các nguồn phóng xạ là các chất phát các hạt bức xạ như Alpha, Beta,
Gamma và neutron.

• Các thiết bị bức xạ gồm các lò phản ứng hạt nhân. Máy gia tốc hạt
tích điện, máy phát neutron,…
Nguồn phóng xạ được chia thành hai loại:
• Nguồn phóng xạ tự nhiên:
- Tia vũ trụ
- Các nhân phóng xạ trong vỏ Trái Đất
• Nguồn phóng xạ nhân tạo: được sản xuất trong các lò phản ứng hạt
nhân hay các máy gia tốc hạt tích điện
1.1.3 Các loại tia phóng xạ
Các tia phóng xạ được phát ra trong những phản ứng hạt nhân, khi
đồng vị không bền chuyển thành các đồng vị bền hơn, hoặc trong những
phản ứng phân hạch và nhiệt hạch. Sau đây là một số nguồn phóng xạ
alpha, beta thường gặp

Nhóm 6

6


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X
Bảng 1. 1.Bảng phương trình phân rã của các đồng vị phóng xạ phát xạ ra hạt alpha,
beta[5].

Hình 1.1 cho thấy hướng di chuyển của các tia bức xạ của các phản ứng hạt
nhân

Hình 1. 1.Sự phát xạ của chất phóng xạ trong môi trường có từ trường

Bức xạ Alpha
• Là các dòng hạt nhân của nguyển tử 2He4 mang điện tích dương

• Bức xạ Alpha được phát ra trong quá trình phân rã của các đồng vị
nặng như Uran, Radi, Radon và Plutoni … với vận tốc khoảng 2×107m/s
• Có khả năng ion hóa chất khí và mất dần năng lượng
• Trên Trái Đất, bức xạ Alpha không truyền đi được xa, khả năng đâm
xuyên yếu và bị cản lại toàn bộ bởi một tờ giấy. Nhưng rất nguy hiểm khi
để bức xạ Alpha xâm nhập vào bên trong cơ thể người.
Bức xạ Beta
• Bức xạ Beta bao gồm hạt Beta + (positron) và Beta – (điện tử)

Nhóm 6

7


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X
• Tia beta được phát ra từ một số vật liệu phóng xạ , chẳng hạn như
Triti, Cacbon-14, photpho-32 và Stronti-90.
• Vận tốc của các hạt Beta gần bằng vận tốc ánh sáng
• Ion hóa chất khí yếu hơn tia Alpha
• Khả năng đâm xuyên mạnh hơn tia alpha, có thể đi xa trong không
khí, nhưng có thể bị cản lại bởi tấm kim loại, kính hay quần áo bình
thường.
• Nó có thể làm tổn tương lớp da bảo vệ, nếu các bức xạ Beta phát ra
trong cơ thể, nó có thể chiếu xạ trong làm tổn thương các mô tế bào.
Bức xa Gamma
• Bức xạ gamma là sóng điện từ, có bước sóng rất ngắn, cũng là hạt
photon năng lượng cao, khi va chạm với vật chất thì cường độ của nó cũng
giảm dần
• Tia gamma được tạo ra do sự tự phân rã của chất phóng xạ, chẳng
hạn như Cobalt-60 và Xedi-137.

• Không bị lệch trong điện, từ trường
• Khả năng đâm xuyên rất lớn, nên phải dùng tấm chắn được làm bằng
các vật liệu như chì, bê tông dày.
• Nó cũng gây hại lớn đến da và các tế bào của cơ thể người nếu tiếp
xúc với nó

Hình 1. 2.Khả năng đâm xuyên của các bức xạ trong môi trường sống[3].

Bức xạ Neutron
• Hạt Neutron được giải phóng sau phản ứng phân hạch hạt nhân
Uranium hoặc Plutronium, bản thân nó không phải là bức xạ ion hóa,
nhưng nếu va chạm với các hạt nhân khác, nó có thể kịch hoạt các hạt nhân
hoặc gây ra tia gamma hay các hạt điện tích thứ cấp gián tiếp gây ra bức xạ
ion hóa.
• Neutron có sức xuyên mạnh hơn tia gamma. Chỉ có thể bị ngăn cản
bởi tường bê tông dày, bởi nước hoặc tấm chắn Paraphin.

Nhóm 6

8


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X
• Bức xạ Neutron chỉ tồn tại trong trong lò phản ứng hạt nhân và các
nhiên liệu hạt nhân.
Tia X
• Tia X là dạng năng lượng sóng điện từ.
• Tia X được con người tạo ra trong một ống Rơngen mà bản thân nó
không có tính phóng xạ.
• Tia X bao gồm một hỗn hợp của các bước sóng khác nhau.

Do đã biết được đặc điểm, tính chất và sự nguy hại đến sức khỏe con
người của các loại bức xạ, nên việc tránh tiếp xúc với nó là vấn đề vô cùng
quan trọng và thiết yếu. Nên tiếp theo sẽ là tổng quan về ghi đo đạc bức xạ
trong môi trường để ta có thể tránh tiếp xúc với chúng nhiều.

1.2.Tổng Quan Ghi Đo Phóng Xạ
Trong đo ghi bức xạ, thành phần cơ bản và quan trọng nhất của thiết
bị đo là các đetectơ. Đây là thiết bị biến đổi tín hiệu cần đo thành các tín
hiệu điện để các thiết bị điện tử có thể ghi nhận và phân tích. Mỗi loại bức
xạ khác nhau có các cơ chế tương tác với vật chất đặc trưng riêng biệt, do
đó để ghi nhận được chúng cần có các loại detector khác nhau như:
detector chứa khí, detector nhấp nháy, detector bán dẫn.
1.2.1 Nguyên lý làm việc của Detector Khí:
Khi các hạt tích điện dịch chuyển trong chất khí, nó sẽ ion hoá các
phân tử chất khí dọc theo đường đi của nó - tạo ra các ion mang điện dương
và các electron tự do được gọi là cặp ion-electron. Các ion có thể được tạo
ra do tương tác giữa phân tử với hạt mang điện hoặc do va chạm với các
hạt mang điện thứ cấp được tạo ra từ quá trình ion hoá sơ cấp. Ở đây ta
không quan tâm đến năng lượng cơ học của electron hay ion nhận được do
va chạm mà chủ yếu chỉ quan tâm đến số cặp ion được tạo ra vì chúng sẽ là
nguyên nhân dẫn đến hiện tượng phóng điện.

Nhóm 6

9


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X
Hình 1. 3.Sơ đồ khối mô tả thiết bị ghi đo phóng xạ sử dụng detector Khí ( Ống Geiger
– Muller )[1].

1.2.2. Nguyên lý làm việc của Detector Nhấp Nháy
Khi vật liệu có tính nhấp nháy bị hạt hoặc bức xạ kích thích do va
chạm, nó sẽ phát ánh sáng nhấp nháy.
Các đetectơ sử dụng chất nhấp nháy có thể xác định bức xạ ion hoá và
đo phổ bức xạ trong một dải rộng. Ngày nay, chất nhấp nháy được cung cấp
dưới các dạng khác nhau (rắn, lỏng và khí), các ống nhân quang được chế
tạo với chất lượng cao đã cho phép tạo ra các đetectơ nhấp nháy rắn đo
photon cùng với sự phát triển của kỹ thuật vi điện tử đã làm cho các
detector nhấp nháy trở nênđược sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng.
Dưới đây là các quá trình xảy ra khi xác định bức xạ ion hoá bằng detector
nhấp nháy:

Hình 1. 4.Sơ đồ khối mô tả thiết bị ghi đo phóng xạ sử dụng detector nhấp nháy[1].

• Bức xạ hạt nhân bị hấp thụ trong chất nhấp nháy gây ra sự kích thích
và ion hoá chất nhấp nháy.
• Chất nhấp nháy chuyển đổi năng lượng hấp thụ thành ánh sáng
thông qua quá trình phát quang.
• Lượng tử ánh sáng đi đến catốt của ống nhân quang.
• Lượng tử ánh sáng bị hấp thụ ở catốt của ống nhân quang, quang
electron được phát ra và sau đó là quá trình nhân các electron trong ống
nhân quang.
• Khuếch đại xung được hình thành từ ống nhân quang sau đó phân
tích các xung này bằng các thiết bị điện tử như máy đếm hoặc máy phân
tích biên độ nhiều kênh
Nhìn chung, các đetectơ sử dụng chất nhấp nháy có khả năng cung cấp
nhiều thông tin khác nhau về bức xạ. Một trong những đặc điểm nổi bật
của các đetectơ này là nhạy về năng lượng, thời gian đáp ứng nhanh và
dạng xung phân biệt rõ ràng.

Nhóm 6

10


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X
1.2.3. Nguyên lý làm việc của Detector bán dẫn
Khi bức xạ đi vào vật liệu bán dẫn, quá trình xảy ra tương tự như
trong buồng ion hoá khí. Bức xạ hạt nhân đến đetectơ làm tăng số electron
dịch chuyển từ dải hoá trị lên dải dẫn, để lại các lỗ trống mang điện dương
trong dải hoá trị. Điện trường làm cho các electron và lỗ trống dịch chuyển
về phía các điện cực tương ứng. Kết quả là điện tích được tạo ra ở mạch
ngoài do đó bức xạ có thể được xác định. Các vật liệu bán dẫn có mật độ
cao thích hợp cho ghi các electron và gamma năng lượng cao
Ưu điểm của detector bán dẫn:
• Không chỉ thu được nhiều thông tin hơn về bức xạ cần đo mà còn
cho độ phân giải năng lượng tốt nhất so với các loại detector khác
• Năng lượng của biên độ xung có dạng tuyến tính
• Không bị tác động nhiều bởi từ trường
• Cửa sổ mỏng, kích thước phù hợp, thời gian phân giải tương đối
nhanh, có thể chế tạo với các độ dài khác nhau cho các ứng dụng riêng.

1.3. Các đại lượng phóng xạ
Becquerel (Bq) (Đơn vị này mang tên nhà khoa học được giải Nobel
Henri Becquerel)
Theo Hệ đo lường quốc tế SI, Becquerel là đơn vị đo cường độ phóng
xạ. Một Becquerel là cường độ phóng xạ của vật khi vật đó có 1 lần phân rã
trong 1 giây
Curie (Ci) là một đơn vị phi SI thể hiện mức độ phóng xạ bằng hoạt

động
của
1
gram
Ra226.
Cách chuyển đổi cơ bản giữa Bq và Ci: 1 Ci = 3,7 × 1010 Bq
Gray (Gy) (Đơn vị này được đặt theo tên nhà vật lý người anh Louis
Harold Gray)
Theo hệ đo lường quốc tế SI, Gray là đơn vị đo lượng hấp thụ bức xạ
ion hóa tuyệt đối. Một Gray là lượng hấp thụ bức xạ ion hóa có năng lượng
1 jun của vật hấp thụ có khối lượng 1 kilogram.
Sievert (Sv) (Đơn vị này được đặt theo tên nhà vật lý y tế Thụy Điển
Maximilian Rolf Sievert).
Theo Hệ đo lường quốc tế, Sievert là đơn vị đo lượng hấp thụ bức xạ
ion hóa có tác dụng gây tổn hại.
Một Sievert là lượng hấp thụ bức xạ ion hóa tương đương 1 Gray có
tác dụng gây tổn hại.
1Sv = 1Gy = 1J-kg

Nhóm 6

11


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

Nhóm 6

12

Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

CHƯƠNG 2. ỐNG GEIGER – MULLER

Nhóm 6

13


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

Ống Geiger-Müller( ống GM ) là phần tử cảm biến của bộ đếm Geiger
được sử dụng để phát hiện các bức xạ ion hóa. Nó được đặt tên sau khi
Hans Geiger, người phát minh ra nguyên tắc trong năm 1908 và Walther
Müller (người cộng tác với Geiger trong việc phát triển các kỹ thuật tiếp
tục vào năm 1928) để sản xuất một ống thực tế có thể phát hiện một số loại
bức xạ khác nhau.

2.1. Cấu trúc của ống GM và các vùng làm việc trong detector
khí
2.1.1. Cấu trúc của ống GM
Ống đếm GM là một loại đầu dò khí. Cũng như các đầu dò
khí khác như ống đếm tỉ lệ, buồng ion hoá, ống đếm GM ghi nhận bức xạ
hạt nhân dựa vào tương tác của bức xạ lên các phân tử khí trong vùng hoạt
của đầu dò (chủ yếu là tương tác gây ion hoá).

Hình 2. 1.Sơ đồ khối mô tả thiết bị ghi đo phóng xạ sử dụng detector nhấp nháy

Cấu trúc của ống GM gồm:

• Thành ống được làm bằng kim loại hoặc được tráng với một dây dẫn
để tạo ra cực âm
• Có một sợi dây ( thường là Vonfam) ở trung tâm ống , được cách
điện với thành ống
• Ống thường được chế tạo dưới dạng hình trụ
• Bên trong ống được nạp đầy các khí trơ như helium, argon, neon.
Ngoài ra còn có một phần nhỏ các khí khác được thêm vào để dập tắt hiện
tượng phóng điện.

Nhóm 6

14


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X
2.1.2.Các kiểu ống GM
• Kiểu End Window: loại này có một đầu được bao phủ một lớp chất
liệu mỏng ( thường là Mica ), để các bức xạ như Alpha, Beta và tia X có
năng lượng thấp có thể đi vào ống một cách dễ dàng. Đầu còn lại được nối
với Anode. Ống thường có dạng hình trụ, với kiểu ống Pancake thì ống có
dạng hình khuyên phẳng

Hình 2. 2.Ống GM kiểu End Window sử dụng trong máy Radalert 100X[5].

Kiểu Windowless: loại này có cơ chế tương tác với bức xạ khác so với kiểu
End Window. Nó thường có 2 dạng chính:
- Thành ống dày: loại này thường có thành ống dày khoảng 1÷2mm,
dung để phát hiện bức xạ Gamma có năng lượng cao.
- Thành ống mỏng: dùng để phát hiện bức xạ Gamma có năng lượng
thấp và tia X

Mặc dù có thể có cấu trúc khác nhau song tất cả các ống đếm GM
đều được thiết kế để vận hành trong vùng IV của hình 2.3 .

Hình 2. 3.Đường đặc trưng điện tích - điện thế của hạt Alpha và Beta trong Detector
chứa khí[3].

Nhóm 6

15


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X
2.1.3. Các vùng làm việc trong Detector khí
Vùng I: Vùng tái hợp
Trong vùng này có sự cạnh tranh giữa quá trình mất các cặp ionelectron do sự tái kết hợp và sự ion hoá do hạt mang điện tạo ra. Khi tăng
điện trường, vận tốc của các ion tăng do đó xác suất tái hợp giảm và lượng
điện tích thu góp được trở nên lớn hơn. Vùng này không được sử dụng làm
vùng làm việc của các Detector chứa khí.
Vùng II: Vùng ion hóa
Khi điện trường đủ lớn, quá trình tái hợp giảm, do đó có nhiều cặp ion
chuyển động và được thu góp tại các điện cực. Trong vùng này dòng điện
phụ thuộc chủ yếu vào số ion do bức xạ gây ra, nó hầu như không phụ
thuộc vào giá trị điện áp ở các điện cực. Vùng này được xem như vùng làm
việc của buồng ion hoá.
Vùng III: Vùng Tỉ lệ
Trong vùng III, các electron được gia tốc đến vận tốc cao, nó va chạm
với các phân tử khí gây ion hoá chúng và làm tạo ra các ion thứ cấp do đó
lượng điện tích bên trong ống đếm được nhân lên. Lượng điện tích thu góp
được sẽ tỉ lệ với số ion và electron ban đầu do bức xạ gây ion hoá tạo ra,
ống đếm làm việc trong vùng này được gọi là ống đếm tỉ lệ. Ở cuối vùng tỉ

lệ, lượng điện tích thu góp được bắt đầu trở nên phụ thuộc nhiều hơn vào
điện áp. Hệ số nhân trong vùng tỉ lệ thường vào cỡ 103~105.
Vùng IV: Vùng Geiger
Trong vùng này, hiệu điện thế giữa các điện cực tiếp tục tăng các ion
xuất hiện tiếp tục được tăng tốc. Do trường lớn nên chúng có thể thu được
năng lượng lớn hơn trước khi va chạm với các phân tử khí trong ống đếm.
Trong trường hợp như vậy, chúng sẽ dẫn đến sự tạo thành ion của phân tử.
Sau khi được tăng tốc,số lượng các ion được nhân lên liên tục, trong chất
khí sự ion hoá kiểu thác phát triển. Khả năng phân biệt các hạt sơ cấp
không còn, xung lượng của các hạt khác nhau đều giống nhau do đó hầu
như không có sự khác nhau giữa loại bức xạ hoặc năng lượng của hạt tới
trong vùng này. Các ống đếm hoạt động trong vùng này được gọi là ống
đếm Geiger Muller.
Vùng V: Vùng phóng điện liên tục
Trong vùng V quá trình ion hoá xảy ra trong toàn bộ vùng thể tích khí
giữa hai điện cực, sự phóng điện xảy ra trong thể tích khí của ống đếm.
Vùng này không được sử dụng làm vùng làm việc của các đetectơ chứa
khí.

Nhóm 6

16


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

2.2 Nguyên lý hoạt động
Trong ống bao gồm một buồng chứa đầy khí trơ (thường là neon,
argon, heli hoặc krypton) ở áp suất thấp ( khoảng 0,1 atm ). Nếu điện áp đặt
vào ống đếm phù hợp thì các electron trong chất khí ở gần Anode và các

ion mang điện dương ở gần Cathode được thu góp gần như đồng thời.
• Cathode: là thành ống
• Anode: là một sợi dây ở trung tâm ống , được cách điện với thành
ống
Các electron và ion còn lại sẽ chuyển động nhanh về các điện cực
đồng thời nhận thêm các electron và ion trên đường đi. Các xung tạo ra
dòng điện gây một điện áp tăng nhanh trên hệ thống điện trở ở mạch ngoài,
nhờ đó các xung này được xác định bằng các thiết bị đếm hoặc các thiết bị
đồng hồ đo.
Trong quá trình ion hoá sơ cấp, các ion dương ở gần catốt cùng với
các electron trên bề mặt catốt gây ra một điện trường yếu tạm thời làm
giảm độ nhạy của ống đếm trong một thời gian ngắn sau khi phóng điện.
Sự va chạm của các ion dương năng lượng cao vào catốt làm bật ra các
electron thứ cấp. Các electron này lại được gia tốc đến năng lượng cao và
chuyển động hướng đến anốt, chúng tiếp tục va chạm gây ion hoá các
nguyên tử khí tạo ra một quá trình phóng điện mới.

Hình 2. 4.Quá trình phóng điện liên tục kiểu thác lũ (avalanche) bên trong ống Geiger –
Muller[3].

Nhóm 6

17


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X
Quá trình này được tiếp diễn tạo quá trình thác lũ bên trong ống và chỉ
dừng lại khi thêm một số khí vào bên trong ống đếm hoặc bằng mạch điện
tử bên ngoài.
• Dập tắt quá trình phóng điện bằng mạch ngoài : Các ion dương khi

chuyển động về cực âm sẽ chắn trường ngoài, tạo điều kiện làm tắt sự
phóng điện kiểu thác. Tuy nhiên để dập tắt nó, cần phải hạ thấp đột ngột
hiệu điện thế trong ống đếm, việc này đạt được bằng những sơ đồ điện tử
khác nhau. Phương pháp đơn giản nhất là trong mạch của điện cực âm có
mắc một điện trở cỡ lớn (cỡ 10 8Ω) Dòng điện xung dẫn đến hiệu điện thế
xung trên điện trở đó, xung này làm giảm đột ngột điện trường giữa các
điện cực, do đó sự phóng điện bị dập tắt và ống đếm sẵn sàng để ghi hạt
tiếp sau. Tuy nhiên kiểu dập tắt sử dụng thời gian phân giải này không phù
hợp với các ống đếm làm việc ở tốc độ cao. Do đó phương pháp này không
được sử dụng nhiều so với phương pháp tự dập tắt
• Dập tắt quá trình phóng điện bằng chất khí: Đây là phương pháp phổ
biến đối với các đầu dò sử dụng ống G – M.
Nguyên lý của phương pháp này là: thêm một thành phần thứ 2 ( gọi
là khí dập tắt ) khí này có thế năng ion hóa thấp hơn khí chính (là khí được
sử dụng chính, chiếm đa số thể tích khí trong ống) . Quá trình ion hóa của
khí chính được dập tắt nhanh chóng nhờ quá trình di chuyển chậm của các
ion còn lại do khí chính tạo ra kết hợp với các electron của khí dập tắt. Các
ion dương mới được tạo ra từ khí dập tắt sẽ di chuyển đến Cathode nhưng
chúng không đủ năng lượng để làm bứt các electron ra khỏi Cathode vì thế
quá trình phóng điện bị dập tắt.
Ống GM dập tắt bằng khí được chia làm 2 loại chính :
• Dập tắt bằng chất khí hữu cơ : thường là ethyalcohol và ethyl
formate
• Dập tắt bằng chất khí vô cơ : khí Halogen ( clo hoặc brom )

2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sai lệch trong ống đếm
Geiger – Muller
Với ống Geiger – Muller, ta không thu nhận được thông tin về năng
lượng bức xạ tới mà chỉ có thể ghi nhận số lượng bức xạ tới, do đó đối với
các thiết bị ghi nhận suất liều sử dụng ống GM luôn dùng một mức năng

lượng bức xạ tới để tính toán suất liều dựa vào số bức xạ tới (các thiết bị
ghi nhận suất liều sử dụng ống GM thường được chuẩn với năng lượng
662keV của nguồn Cs-137). Do đó, việc đảm bảo độ tuyến tính giữa lượng
bức xạ tới và lượng bức xạ ghi nhận được đóng vai trò quan trọng trong các

Nhóm 6

18


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X
thiết bị sử dụng ống GM. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sai lệch trong số
đếm ghi nhận được bởi ống GM so với số bức xạ tới:
• Bức xạ phông (bức xạ từ các vật liệu xung quanh và bức xạ vũ trụ):
thông thường bức xạ phông từ các vật liệu xung quanh chiếm khoảng 6070% và bức xạ vũ trụ chiếm khoảng 20-35% lượng bức xạ phông ghi nhận
được. Trong một vài ứng dụng đòi hỏi phông thấp, ta che chắn detector với
chì hoặc thép có thể giảm được hầu hết bức xạ phông.
• Thời gian chết
• Cơ chế dập tắt (sử dụng khí dập tắt hay mạch ngoài dập tắt).

2.4. Hiệu quả của ống Geiger – Muller trong ghi đo các loại
bức xạ
Hiệu suất ghi nhận của ống phụ thuộc nhiều vào loại bức xạ tới, năng
lượng bức xạ tới và bản chất của detector (loại khí, điện thế cung cấp, cơ
chế dập tắt, vật liệu làm cathode…)
• Hiệu suất bắt đối với hạt mang điện: khi các hạt mang điện đi vào
môi trường khí bên trong ống thì khả năng tạo tín hiệu là 100%, do đó hiệu
suất bắt các hạt mang điện của ống GM được tính bởi xác suất hạt mang
điện tới đi qua thành ống mà không bị hấp thụ hoặc tán xạ ngược trở lại.
• Hiệu suất bắt đối với neutron: đối với neutron nhiệt, các loại khí

trong ống đếm GM thông thường có xác suất tương tác rất nhỏ, hiệu suất
rất thấp. Do đó, khi dùng ống GM để đo neutron ta có thể sử dụng các loại
ống GM với khí có xác suất tương tác neutron lớn hơn như He3, nhưng lúc
này tín hiệu ghi nhận neutron sẽ hoàn toàn giống với tín hiệu ghi nhận
gamma, và hiệu suất cũng không cao.
• Hiệu suất bắt đối với gamma: đối với các tia gamma có năng lượng
trung bình thì ống GM có thể ghi nhận bức xạ gamma chủ yếu do sự tương
tác của gamma với lớp vỏ của ống. Nếu sự tương tác này diễn ra đủ gần bề
mặt bên trong của lớp vỏ thì các electron thứ cấp được tạo ra có thể đi vào
môi trường khí và tạo ra các cặp ion dẫn đến tạo xung.

Nhóm 6

19


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

Hình 2. 5.Sự tương tác của bức xạ Gamma với thành ống Geiger – Muller[3].

Do đó, hiệu suất ghi nhận gamma của ống GM phụ thuộc vào 2 yếu
tố:
• Xác suất tia gamma tới tương tác với thành ống và tạo ra electron thứ
cấp. Xác suất này thường tăng tỉ lệ với số khối của vật liệu làm thành ống .
Do đó có thể nói hiệu suất ghi nhận gamma của ống GM là cao nhất đối với
những ống được làm bởi những vật liệu có số Z cao. Trước đây ống GM đo
gamma thường được làm với cathode = bismuth (Z=83). Tuy nhiên, xác
suất để gamma tương tác với lớp vỏ này cũng khá nhỏ với cả những vật
liệu có số Z lớn, và thông thường thì hiệu suất đếm gamma chỉ khoảng vài
%.

• Xác suất electron thứ cấp tới được môi trường khí trước khi kết thúc
quãng chạy của mình
Chỉ có lớp vỏ trong cùng của ống mới có thể tạo electron thứ cấp,
vùng này có bề dày khoảng 1-2mm (bằng với khoảng chạy tối đa của
electron thứ cấp), nếu lớp vỏ này có bề dày lớn hơn thì đầu dò không thể
ghi nhận bức xạ gamma, do electron thứ cấp tạo ra không thể đi đến môi
trường khí bên trong ống. Đối với các photon năng lượng thấp thì tương tác
của nó với khí trong ống là không đáng kể. Do đó, những ống GM được
thiết kế cho việc đo gamma hoặc tia X năng lượng thấp thì thường sử dụng
khí có số khối cao và áp suất khí càng cao càng tốt. Đặc biệt trong các ứng
dụng này thì thường sử dụng khì Xenon và Krypton.

Nhóm 6

20


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

2.5. Đếm xung
2.5.1. Đặc trưng Plateau

Hình 2. 6.Đặc trưng của ống đếm Geiger – Muller dưới tác động của trường bức xạ
không đổi[1].

• Điện áp bắt đầu làm việc V0, là điện áp thấp nhất được đặt vào ống
đếm để một ống đếm có thể ghi được bức xạ.
• Điện áp ngưỡng V1, là điện áp đánh dấu sự bắt đầu đặc trưng plateau
của ống GM
• Ở điện áp cao hơn V0 đến điện áp ngưỡng VT thì tốc độ đếm tăng

nhanh.
• Ở điện áp cao hơn V1 tất cả các sự ion hóa khác nhau đều tạo ra các
xung giống nhau
Miền plateau có 2 đặc trưng sau:
• Độ rộng plateau = ( V2 – V1 ) vôn
• Độ dốc plateau =

%/vôn

Khoảng điện áp của plateau rất rộng, độ dốc rất thấp do đó cho phép
đo chính xác cường độ bức xạ mà không bị sự tác động của cao áp
2.5.2. Thời gian chết và thời gian hồi phục
Khả năng đếm cực đại của ống đếm được xác định bằng hai đặc điểm
đó là “thời gian chết” và “thời gian hồi phục” cả hai đặc điểm này đều liên
quan trực tiếp đến thời gian phóng điện của ống đếm. Hình 12 là minh hoạ
thời gian chết và hồi phục của ống đếm GM ứng với một xung.

Nhóm 6

21


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

Hình 2. 7. Minh họa đặc trưng thời gian chết và hồi phục ứng với một xung của ống
đếm Geiger – Muller [1].

“Thời gian chết” của ống đếm GM là một giai đoạn rất ngắn, sau khi
quá trình phóng điện xảy ra, ống đếm không thể phản ứng với bất kỳ bức
xạ ion hoá nào đến ngay sau đó. Thời gian bắt đầu từ khi thời gian chết kết

thúc cho đến khi điện tích được phóng hết (đuôi xung) gọi là “thời gian hồi
phục” của ống đếm.
Thời gian chết và tốc độ đếm: Thời gian chết của mỗi quá trình phóng
điện sẽ giới hạn tốc độ đếm cực đại vì các sự kiện bức xạ gây ion hoá có
thể xảy ra trong khoảng thời gian chết sẽ không thể tạo được một xung ở
lối ra.
Quan hệ giữa thời gian chết “ t ”, tốc độ đếm ‘N’ và tốc độ đếm ghi
được ‘N1’ là :
N1 =
Công thức này chỉ đúng khi Nt << 1
Thời gian chết bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như :
• Điện thế cung cấp cho ống
• Loại khí trong ống
• Áp suất khí bên trong ống
• Vận tốc di chuyển của ion bên trong ống

2.6. Ưu và nhược điểm của ống Geiger – Muller
Các ưu điểm chính của ống đếm GM như :
• Độ nhạy cao
• Sử dụng để phát hiện nhiều loại bức xạ ( Gamma, tia X, hạt alpha,
beta ) và nó cũng có thể được điều chỉnh để phát hiện neutron

Nhóm 6

22


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X
• Có nhiều dạng hình học và cửa sổ
• Tín hiệu ra lớn

• Giá cả hợp lý
Nhược điểm của ống Geiger – Muller :
Không có khả năng phân biệt các hạt sơ cấp vì xung lượng của các hạt
khác nhau đều giống nhau do đó hầu như không có sự khác nhau giữa loại
bức xạ hoặc năng lượng của hạt

Nhóm 6

23


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

CHƯƠNG 3. MÁY GHI ĐO PHÓNG XẠ
RADALERT 100X

Nhóm 6

24


Thiết bị đo Radiation Monitor máy Medcom Radalert 100X

3.1. Giới thiệu sơ bộ về máy Radalert 100X
Radalert 100X là một dụng cụ y tế và đánh giá an toàn dùng để đo các
tia phóng xạ alpha, beta, gamma, tia X.

(a)

(b)

Hình 3. 1.Hình ảnh máy Radalert 100X mặt trước (a) và mặt sau (b)[5].

3.1.1. Chức năng của máy
• Xác định các loại bức xạ có thể tiếp xúc khi làm việc với hạt nhân
phóng xạ.
• Đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn quy định.
• Kiểm tra sự rò rỉ của máy phát tia X và các nguồn khác.
• Cảnh báo cho bạn bằng báo động âm thanh nếu bức xạ đo được vượt
qua một mức mà bạn thiết lập.
• Xác đinh môi trường ô nhiễm hoặc môi trường có nguồn phóng xạ
• Kết nối với máy tính hoặc máy ghi dữ liệu để ghi lại và lập bảng dữ
liệu.
3.1.2. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy
Bảng 3. 1.Thông số kỹ thuật của máy Radalert 100X[5].

Senser
Hiển thị

Nhóm 6

Geiger Mueller dài mỏng, với lớp mica mỏng
Màn hình tinh thể lỏng với chế độ hiển thị 4 số. Cập
nhật trong 3 giây.

25